CC BY
16
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.440-443 УДК 66.061.34
Г. А. Щеглов1, Н. С. Цветов1' 2, В. Г. Николаев1
1 Мурманский арктический государственный университет, филиал в г. Апатиты, г. Апатиты, Россия
2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
РОЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ РАСТВОРЕНИЯ АЛЮМИНИЯ ИЗ АПАТИТ-НЕФЕЛИНОВЫХ ХВОСТОВ
Аннотация. Рассматривается влияние физических факторов, таких как перемешивание и температура, на интенсивность перехода алюминия из апатит-нефелиновых хвостов в воду. Установлено, что увеличение интенсивности перемешивания приводит к существенному приросту концентрации алюминия в воде уже после первых часов эксперимента, увеличение температуры также оказывает положительный эффект, однако не такой сильный, как от интенсификации перемешивания.
Ключевые слова: апатит-нефелиновые хвосты, алюминий, физические факторы, температура, перемешивание, растворение.
G. A. Shcheglov1' N. S. Tsvetov1' 2, V. G. Nikolayev1
1Murmansk Arctic State University, Apatity Branch, Apatity, Russia
2Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw
Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia
THE ROLE OF PHYSICAL FACTORS IN THE PROCESS OF DISSOLUTION OF ALUMINUM FROM THE APATITE-NEPHELINE TAILINGS
Abstract. The article considers the influence of physical factors such as mixing and temperature on the intensity of aluminum transition from apatite-nepheline tails to water. It was found that the increase in the mixing intensity leads to a significant increase in the concentration of aluminum in the water after the first hours of the experiment, which can not be said about the change in temperature within 90 °C.
Keywords: apatite-nepheline tails, aluminum, physical factors, temperature, mixing, dissolution.
Нефелин — природный алюмосиликат калия/натрия, породообразующий минерал с обобщенной структурной формулой (№, КЪО • AI2O3 • 2SiO2 [1]. Нефелиновые хвосты — продукт обогащения апатит-нефелиновых руд (сфен-апатит-нефелиновых и др.) [2], образующийся в процессе вторичной флотации апатитовых хвостов [3]. Выход нефелиновых хвостов составляет до 0,7 т на 1 т апатитового концентрата [1]. Химический состав отходов флотации (хвостов) приведен в табл. 1 [4].
На сегодняшний день одним из наиболее перспективных месторождений апатит-нефелиновых руд в Российской Федерации остается Хибинский массив Кольского полуострова, где происходит добыча и обогащение апатитовой руды на территории АО «Апатит».
Из-за наличия горнодобывающей промышленности в данном районе накапливается большое количество отвалов апатит-нефелиновых хвостов, которые наносят вред городу Апатиты, в связи с тем что в летний период хвосты начинают пылить и часть их содержимого с ветром переносится в город и осаждается на его территории. Поэтому проблема утилизации апатит-нефелиновых хвостов является актуальной для данной местности.
Таблица 1
Химический состав хвостов апатит-нефелиновой флотации
Table 1
The chemical composition of apatite-nepheline flotation tails
Формула Содержание, мас. % Формула Содержание, мас. %
Na2O 8,0-11,0 TiO2 2,3-2,5
MgO 0,5-1,1 Fe2O3 4,1-4,5
Al2O3 23,5-25,0 MnO 0,2-0,4
SiO2 42,6-44,0 РЗЭ* < 0,1
P2O5 0,1-0,2 V < 0,01
K2O 7,0-7,5 F2 < 0,15
CaO 6,0-7,5 SrO < 0,1
* Редкоземельные элементы.
Существуют различные подходы к утилизации и использованию отходов горного производства. Одним из перспективных методов является бактериально-химическое выщелачивание (БХВ), суть которого заключается в применении хемолитотрофных микроорганизмов для выщелачивания металлов из руд и отходов горного производства [5].
Работы по БХВ различных руд уже активно ведутся, а их результаты находят свое применения на производстве. Однако вопросом применимости данного метода к апатит-нефелиновым хвостам еще никто не занимался. В связи с этим данный вопрос начал изучаться в стенах филиала МАГУ в г. Апатиты.
Но прежде чем проводить исследования с бактериальными культурами нужно четко понимать, насколько изучаемое сырье подвержено растворению и в какой степени на него влияет воздействие различных физических факторов, таких, например, как скорость перемешивания раствора и его температура. Это поможет лучше понимать суть процесса и роль непосредственно самих бактерий при проведении БХВ.
Поэтому первым шагом к изучению БХВ апатит-нефелиновых хвостов стала серия опытов, целью которых было выявление роли физических факторов (скорости перемешивания и температуры раствора) при переходе алюминия в воду из хвостов.
Опыты проводились на установке, созданной в нашей лаборатории (рис. 1).
Рис. 1. Лабораторная установка Fig. 1. Laboratory pilot plant
Биореактор представляет собой чан объемом 5 л, в котором предусмотрена возможность перемешивания с регулировкой скорости, а также подержания необходимой температуры с помощью термостата (рис. 2).
Рис. 2. Термостат IT Ж-0-03 Fig. 2. Thermostat IT Ж-0-03
Была проделана серия опытов, продолжительность которых составляла 3 ч. В каждом из опытов в установку загружалось 100 г апатит-нефелиновых хвостов и 1 л дистиллированной воды, после чего установка запускалась. Пробы раствора брались и анализировались спустя 1 и 3 ч после начала опыта.
В каждом из опытов изменились частота вращения перемешивающего устройства или температура раствора. После проведения опытов взятые образцы анализировались на атомно-абсорбционном спектрофотометре AA-7000 фирмы SHIMADZU на наличие в растворе Al. Результаты анализа представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты экспериментов
Table 2
Experimental results
Частота вращения, об/мин Температура, °С Количество A в воде, мкг/л
1 ч 3 ч
40 16 2053,7505 3071,1197
90 16 5056,2829 8854,1737
90 30 6256,8647 9580,558
Из таблицы 2 видно, что увеличение частоты вращения с 40 до 90 об/мин приводит к увеличению в растворе А1 в 2,5 раза, а увеличение температуры с 16 до 30 °С привело к увеличению лишь на 1000 мкг/л.
На основе полученных данных можно сделать вывод о том, что увеличение интенсивности перемешивания приводит к существенному приросту концентрации алюминия в воде, увеличение температуры также оказывает положительный эффект, однако не такой сильный, как от интенсификации перемешивания. Данные результаты стоит брать во внимание при дальнейшем исследовании БХВ апатит-нефелиновых хвостов.
Литература
1. Запольский А. К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. Киев: Наук. думка, 1981. 208 с.
2. Янчилин А. Б. Получение и свойства аморфного кремнезема при сернокислотной переработке нефелинсодержащего сырья: дис. ... канд. тех. наук. М., 2002. 149 с.
3. Складирование отходов химических производств / В. Д. Семенюк и др. М.: Химия, 1983. 120 с.
4. Кручинина Н. Е. Алюмокремниевые флокулянты-коагулянты в процессах водоподготовки и водоочистки: дис. ... д-ра. тех. наук. Иваново, 2007. 278 с.
5. Хомченкова А. С. Микробиологические аспекты бактериально-химического выщелачивания сульфидных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. №. 63.
Сведения об авторах
Щеглов Глеб Андреевич
студент, Мурманский арктический государственный университет, филиал в г. Апатиты, г. Апатиты, Gleb_ap@mail.ru Цветов Никита Сергеевич
кандидат химических наук, зав. научно-исследовательской лабораторией, Мурманский арктический государственный университет, филиал в г. Апатиты, г. Апатиты; и. о. научного сотрудника, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, tsvet.nik@mail.ru Николаев Виктор Григорьевич
кандидат физико-математических наук, Мурманский арктический государственный университет, филиал в г. Апатиты, г. Апатиты, nikolaev@arcticsu.ru
Shcheglov Gleb Andreyevich
Student, Murmansk Arctic State University, Apatity Branch, Apatity, Gleb_ap@mail.ru Tsvetov Nikita Sergeevich
PhD (Chem.), Head of Research Laboratory, Murmansk Arctic State University, Apatity Branch, Apatity; Acting Researcher, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, tsvet.nik@mail.ru Nikolaev Victor Grigorievich
PhD (Phys. & Math.), Murmansk Arctic State University, Apatity Branch, Apatity, nikolaev@arcticsu.ru
DOI: 10.25702/^^2307-5252.2019.10.1.443-449 УДК 661.183.124:549.057:66.017
Н. Ю. Яничева1' 2, Е. С. Житова2
1 Центр наноматериаловедения ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия 2Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург, Россия
СИНТЕЗ И ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БМ-С И ЕГО ОБМЕННЫХ ФОРМ
Аннотация. Посредством гидротермального синтеза и ионного обмена получены синтетический аналог иванюкита-Na-C ^^-С) и его К- и Cs-обменные формы. Методами
